大(da)功率(lv)、高(gao)度準直的(de)菲涅(nie)爾太陽模擬器(qi)，用(yong)於(yu)空(kong)間環(huan)境模擬

太陽模擬器(qi)設(she)計(ji)為(wei)產生高(gao)度準直的(de)光(guang)，並被(bei)開發(fa)為(wei)在真空(kong)室(shi)內運(yun)行。

壹(yi)家太空(kong)機構(gou)的研(yan)究(jiu)人(ren)員與(yu)Sciencetech聯(lian)絡(luo)，以(yi)定制設計(ji)壹(yi)種能(neng)夠(gou)放(fang)置在真空(kong)室(shi)內的大(da)功(gong)率準直太陽模擬器(qi)。該(gai)太陽能(neng)模(mo)擬器(qi)將成為壹(yi)個(ge)更大(da)的系(xi)統(tong)的壹(yi)部分(fen)，該(gai)系(xi)統(tong)旨(zhi)在在受(shou)控(kong)實驗(yan)室(shi)中(zhong)模(mo)擬地球(qiu)外(wai)環(huan)境。

目(mu)標區(qu)域(yu)：直徑(jing)36厘(li)米(mi)的圓(yuan)形照明(ming)區(qu)域(yu)

工(gong)作距離(li)：距太陽模擬器(qi)出(chu)口(kou)面(mian)30厘(li)米(mi)

光(guang)譜匹(pi)配：AM0光(guang)譜匹(pi)配（ASTM標(biao)準地球(qiu)儀(yi)光(guang)譜）

照(zhao)射(she)目(mu)標：1400W / m ²

空(kong)間不(bu)均(jun)勻(yun)度(du)：±5％（根據ASTM E927-05）

時(shi)間穩定性(xing)：±2％（根據ASTM E927-05）

構(gou)思和設(she)計(ji)系(xi)統(tong)

光(guang)學設(she)計與實(shi)現(xian)

開發(fa)了許多(duo)射(she)線追(zhui)蹤模(mo)型(xing)來評估(gu)所(suo)提(ti)出(chu)的太陽模擬器(qi)設(she)計(ji)的(de)光(guang)學特(te)性(xing)。經(jing)過(guo)多(duo)次(ci)叠代(dai)，提出(chu)了合適(shi)的(de)光(guang)學設(she)計以(yi)達(da)到要(yao)求(qiu)的(de)規格。

光(guang)線路徑模(mo)擬可(ke)為(wei)太陽模擬器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)獲得(de)高(gao)準直度(du)

發(fa)展(zhan)歷程(cheng)

實(shi)現(xian)準直角(jiao)

在系(xi)統(tong)的核(he)心(xin)，壹(yi)個(ge)2.5 kW的(de)氙弧(hu)燈被(bei)用(yong)來收集(ji)帶(dai)有(you)球形後反射(she)器(qi)的(de)燈(deng)罩(zhao)的(de)光(guang)。準直角(jiao)是通過(guo)包(bao)含菲涅(nie)耳透(tou)鏡(jing)系(xi)統(tong)的復(fu)雜光(guang)學組件(jian)獲得(de)的。

通(tong)過測(ce)量(liang)穿過(guo)放(fang)置在反射(she)鏡(jing)焦(jiao)平(ping)面(mian)上(shang)的(de)各(ge)種尺寸的孔徑的(de)光(guang)功率(lv)的大(da)小，可以(yi)確(que)定模擬光(guang)線的(de)準直角(jiao)。

當(dang)從(cong)太陽模擬器(qi)發(fa)出(chu)的光(guang)在非常薄(bo)的石英(ying)板（表(biao)面(mian)反射(she)率為(wei)4％）上(shang)以(yi)45°反射(she)時(shi)進行。從(cong)石英(ying)板反射(she)的光(guang)被(bei)具(ju)有(you)已知(zhi)焦(jiao)距的鍍鋁(lv)球面(mian)鏡(jing)後(hou)向(xiang)反射(she)。將尺寸從(cong)1.5毫米(mi)到15毫米(mi)的光(guang)圈(quan)放(fang)置在球面(mian)鏡(jing)的(de)焦(jiao)平(ping)面(mian)上(shang)，並(bing)使用(yong)NIST可(ke)追(zhui)蹤矽探(tan)測(ce)器(qi)測(ce)量(liang)通過(guo)光(guang)圈(quan)出(chu)射(she)的光(guang)功率(lv)。

使(shi)用(yong)菲涅(nie)爾透(tou)鏡(jing)系(xi)統(tong)進行的(de)測(ce)試(shi)，以(yi)達(da)到所(suo)需(xu)的大(da)功率(lv)太陽光(guang)模擬器(qi)

可(ke)接受(shou)的(de)準直定(ding)義為落入(ru)0.7度(du)準直半(ban)徑內的光(guang)功率(lv)的> 50％。通(tong)過這(zhe)種光(guang)學設(she)計，我們(men)能(neng)夠(gou)在準直角(jiao)的(de)±0.7度(du)內獲得(de)超過(guo)80％的光(guang)功率(lv)。

系(xi)統(tong)的準直測(ce)量(liang)顯示(shi)在±0.7度(du)內的光(guang)功率(lv)> 80％

實(shi)現(xian)真(zhen)空(kong)兼容(rong)性(xing)

為(wei)了將太陽能(neng)模(mo)擬器(qi)安裝(zhuang)在真空(kong)室(shi)內，要(yao)求(qiu)其具(ju)有(you)防泄漏功能(neng)。真(zhen)空(kong)兼容(rong)的太陽能(neng)模(mo)擬器(qi)外(wai)殼是由Sciencetech工(gong)程師(shi)設計(ji)的。冷卻液(ye)和電氣組件(jian)的外(wai)殼穿(chuan)通孔專門(men)為確(que)保真(zhen)空(kong)兼容(rong)而(er)設計(ji)。太陽能(neng)模(mo)擬器(qi)的(de)壁和外(wai)殼由SAE 304不(bu)銹(xiu)鋼制成，並進(jin)行了電拋(pao)光(guang)。太陽能(neng)模(mo)擬器(qi)外(wai)殼是由的真(zhen)空(kong)系(xi)統(tong)工(gong)程公(gong)司(si)專(zhuan)門(men)制(zhi)造(zao)的，並通(tong)過密封的(de)低(di)靈(ling)敏(min)度(du)為(wei)2X10 -10 cc / sec的(de)質譜儀檢(jian)漏儀進行密封測(ce)試(shi)。

前部(bu)光(guang)學輸(shu)出(chu)使用(yong)了直徑(jing)為(wei)15英(ying)寸（15英(ying)寸）的石英(ying)窗(chuang)口(kou)。采(cai)購(gou)了高(gao)質量(liang)的(de)壓(ya)力窗(chuang)口(kou)以(yi)制造(zao)此光(guang)學輸(shu)出(chu)窗(chuang)口(kou)。

將太陽模擬器(qi)的(de)外(wai)殼超壓(ya)至2個(ge)大氣壓(ya)，並監控(kong)12小(xiao)時(shi)以(yi)檢查(zha)是否存(cun)在任(ren)何潛(qian)在泄漏。

前部(bu)光(guang)學輸(shu)出(chu)使用(yong)了直徑(jing)為(wei)15英(ying)寸（15英(ying)寸）的石英(ying)窗(chuang)口(kou)。窗(chuang)口(kou)尺寸是研究(jiu)和計(ji)算的(de)結(jie)果(guo)。采(cai)購(gou)了高(gao)質量(liang)的(de)壓(ya)力窗(chuang)以(yi)制造(zao)光(guang)學輸(shu)出(chu)窗(chuang)。

將太陽模擬器(qi)的(de)外(wai)殼超壓(ya)至2個(ge)大氣壓(ya)，並監控(kong)12小(xiao)時(shi)以(yi)檢查(zha)是否存(cun)在任(ren)何潛(qian)在泄漏。

開發(fa)與(yu)測(ce)試(shi)

實(shi)現(xian)系(xi)統(tong)的溫(wen)度穩定性(xing)

以(yi)下(xia)是終(zhong)用(yong)戶對系(xi)統(tong)溫度(du)進行維護的(de)要(yao)求(qiu)。

●太陽模擬器(qi)的(de)燈(deng)封必(bi)須保持(chi)在230°C以(yi)下(xia)。但(dan)是，當將太陽模擬器(qi)放(fang)置在真空(kong)室(shi)內時(shi)，無(wu)法執行傳(chuan)統(tong)的強(qiang)制(zhi)空(kong)氣冷卻。

●傳(chuan)統(tong)上(shang)與(yu)這(zhe)種類(lei)型(xing)的(de)模擬器(qi)壹(yi)起(qi)使用(yong)的(de)菲涅(nie)耳光(guang)學元件(jian)必(bi)須保持(chi)在80°C以(yi)下(xia)的溫度(du)下(xia)。

●燈(deng)殼需(xu)要(yao)壹(yi)些(xie)冷卻，這(zhe)只能(neng)通(tong)過(guo)使空(kong)氣或氣體(ti)流(liu)過燈(deng)殼來完成。

測(ce)試(shi)溫度(du)穩定性(xing)

Sciencetech工(gong)程師(shi)認(ren)為，*好(hao)的方(fang)法是建(jian)造(zao)壹個(ge)壓(ya)力容(rong)器(qi)以(yi)容(rong)納模擬器(qi)和光(guang)學器(qi)件(jian)。壓(ya)力容(rong)器(qi)允(yun)許(xu)將冷液(ye)體(ti)泵(beng)入(ru)腔室(shi)，並引導(dao)至壹(yi)系(xi)列(lie)散(san)熱器(qi)，這(zhe)些(xie)散(san)熱器(qi)通(tong)過(guo)穿(chuan)過散熱器(qi)的(de)強(qiang)制(zhi)空(kong)氣在腔室(shi)內進行熱(re)傳(chuan)遞(di)。用(yong)裝(zhuang)滿(man)去離(li)子水的(de)水循(xun)環(huan)器(qi)冷卻燈(deng)座(zuo)的陽極和陰(yin)極。

由於Sciencetech於(yu)為復(fu)雜的工(gong)程問題提(ti)供*佳解決方案，因(yin)此我(wo)們(men)專(zhuan)門建(jian)造(zao)了壹個(ge)測(ce)試(shi)室(shi)來執行這(zhe)些(xie)冷卻實(shi)驗(yan)。在建(jian)立(li)成功的(de)冷卻系(xi)統(tong)之前，我(wo)們(men)經(jing)歷了壹系(xi)列(lie)失(shi)敗(bai)的原(yuan)型(xing)，燒壞(huai)的(de)燈(deng)和電源(yuan)。

控(kong)制電子設備(bei)經過(guo)專(zhuan)門(men)設(she)計，可(ke)與太陽能(neng)模(mo)擬器(qi)集(ji)成在壹起(qi)。內置了內部系(xi)統(tong)溫度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)和冷卻液(ye)流(liu)量傳(chuan)感(gan)器(qi)，以(yi)在任(ren)何組件(jian)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)時(shi)保護系(xi)統(tong)。溫度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)也(ye)放置在外殼內部的(de)兩個(ge)不(bu)同位(wei)置，以(yi)監控(kong)內部空(kong)氣溫(wen)度(du)。

另(ling)壹個(ge)溫度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)用(yong)於(yu)監視用(yong)於(yu)冷卻燈(deng)頭(tou)的(de)再(zai)循環(huan)器(qi)中(zhong)水(shui)浴的溫度。

萬壹燈座(zuo)或外殼內部出(chu)現(xian)過(guo)熱(re)情(qing)況，可(ke)使用(yong)邏(luo)輯(ji)電路關閉(bi)燈(deng)。邏(luo)輯(ji)電路用(yong)於(yu)設(she)置溫度(du)點並(bing)控制繼(ji)電器(qi)，以(yi)防在發(fa)生(sheng)過(guo)熱(re)事件(jian)時(shi)切斷燈(deng)的電源(yuan)。

測(ce)試(shi)與安裝(zhuang)

質(zhi)量控(kong)制和安裝(zhuang)

構(gou)建(jian)了終(zhong)的太陽模擬器(qi)系(xi)統(tong)，並進(jin)行了壹系(xi)列(lie)測(ce)試(shi)，以(yi)證明(ming)殼體(ti)保持(chi)所(suo)需(xu)溫度(du)和真(zhen)空(kong)兼容(rong)性(xing)的(de)能(neng)力(li)。所(suo)有(you)光(guang)學設(she)計測(ce)試(shi)均提(ti)前進(jin)行，以(yi)確(que)保滿(man)足終(zhong)用(yong)戶要(yao)求(qiu)的(de)所(suo)需(xu)光(guang)功率(lv)，光(guang)譜匹(pi)配，準直角(jiao)和其他規格。

該(gai)系(xi)統(tong)在終(zhong)用(yong)戶的設(she)備(bei)上(shang)經(jing)過了現(xian)場驗(yan)收測(ce)試(shi)程序(xu)，並由Sciencetech的(de)服務(wu)工(gong)程師(shi)安裝(zhuang)。